一種頻率驅(qū)動空變q值模型構(gòu)建的地震波補(bǔ)償方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種頻率驅(qū)動空變Q值模型構(gòu)建的地震波補(bǔ)償方法，通過加伯變換生成對應(yīng)于時(shí)間域地震數(shù)據(jù)每個(gè)樣點(diǎn)的時(shí)間頻率譜，逐點(diǎn)計(jì)算中心頻率，由中心頻率估算衰減值Q?1。品質(zhì)因子Q值即衰減值Q?1的倒數(shù)，由此構(gòu)建的Q值模型連續(xù)并且空變，計(jì)算過程穩(wěn)定、高效。在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)高精度的地震波衰減補(bǔ)償，解決了地震數(shù)據(jù)的振幅衰減和相位畸變問題，并提高地震數(shù)據(jù)的分辨率和信噪比。
【專利說明】
-種頻率驅(qū)動空變Q值模型構(gòu)建的地震波補(bǔ)償方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及地震信號處理領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種頻率驅(qū)動空變Q值模型構(gòu)建的地震 波補(bǔ)償方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 地震波由淺至深傳播時(shí)，大地介質(zhì)的濾波效應(yīng)使地震波發(fā)生吸收衰減，引起地震 波的振幅減弱、波形崎變、頻帶變窄W及主頻降低，地下介質(zhì)的運(yùn)種巖石物理特性通常與品 質(zhì)因子Q值密切相關(guān)。研究估算品質(zhì)因子Q值并對地震波補(bǔ)償，可W消除地震波在傳播過程 中的衰減，恢復(fù)地震信號中地下巖層的反射系數(shù)特征和提高地震數(shù)據(jù)的分辨率。
[0003] 地震波補(bǔ)償，需要合理地估算Q值，計(jì)算Q值的常規(guī)方法有W下幾種：
[0004] 1)常Q值掃描法
[0005] 常規(guī)地震波補(bǔ)償處理中最常用到的就是常Q值掃描法，該方法簡單易操作，但是其 時(shí)變和空變性較差，主觀性強(qiáng)，準(zhǔn)確度低。
[0006] 2)VSP 求值法
[0007] VSP數(shù)據(jù)可W直接觀測地震波的變化，準(zhǔn)確度較高，但通常VSP數(shù)據(jù)缺乏，而且VSP 法求得的Q值反應(yīng)的僅是井點(diǎn)附近的地震波衰減的情況，難W通過少量的VSP數(shù)據(jù)計(jì)算全工 區(qū)的Q值。
[000引 3)經(jīng)驗(yàn)公式法
[0009]品質(zhì)因子Q可W采用李慶忠院±的經(jīng)驗(yàn)公式估算，該公式描述的是Q值與地震波傳 播速度V的函數(shù)，如果測井?dāng)?shù)據(jù)豐富，可W利用測得的速度V估算Q值，但缺乏測井資料的情 況下，通過此方法估算Q值失效。
[0010] 4)譜比法
[0011] 譜比法使用較廣泛，它假設(shè)Q值與頻率無關(guān)，根據(jù)地震波振幅譜比值的對數(shù)隨頻率 的變化關(guān)系，利用最小二乘法擬合斜率實(shí)現(xiàn)Q值的估算。譜比法原理簡單，但要求地震波具 有較高的信噪比，并且層頂、底界面兩個(gè)時(shí)間處的地震子波不受附近其他子波的干擾，運(yùn)限 制了該方法計(jì)算Q值的適用性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明的發(fā)明目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供了一種頻率驅(qū)動空變Q值模型構(gòu) 建的地震波補(bǔ)償方法，用于高精度地提取空變Q值并實(shí)現(xiàn)地震波補(bǔ)償。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種頻率驅(qū)動空變Q值模型構(gòu)建的地震波補(bǔ)償方 法，包括如下步驟：
[0014] (1)通過加伯變換生成對應(yīng)于時(shí)間域地震數(shù)據(jù)每個(gè)樣點(diǎn)的時(shí)間頻率譜；
[0015] (2)計(jì)算每個(gè)樣點(diǎn)的中屯、頻率，生成所有樣點(diǎn)的中屯、頻率數(shù)據(jù)體或剖面；
[0016] (3)根據(jù)所述每個(gè)樣點(diǎn)的中屯、頻率估算每個(gè)樣點(diǎn)的衰減值礦1，品質(zhì)因子Q值即衰減 值礦1的倒數(shù)，由此構(gòu)建Q值模型；
[0017] (4)在頻率域?qū)崿F(xiàn)地震波衰減補(bǔ)償；
[0018] (5)利用加伯反變換將補(bǔ)償后的頻率域數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換重構(gòu)到時(shí)間域。
[0019] 可選地，步驟(1)中加伯變換可逆，通過時(shí)間頻率譜反變換能恢復(fù)原始時(shí)間域地震 數(shù)據(jù)。
[0020] 可選地，步驟（1)中使用空間上相鄰的地震道組合，用于計(jì)算各個(gè)地震道的時(shí)間頻 率譜。
[0021] 可選地，步驟(2)中對地震數(shù)據(jù)中相鄰空間位置的時(shí)間頻率譜進(jìn)行組合，生成所有 樣點(diǎn)的中屯、頻率數(shù)據(jù)體或剖面。
[0022] 可選地。步驟(3)還包括由中屯、頻率估算衰減值Q-I時(shí)，結(jié)合相鄰地震道，使用中值 濾波方法獲取所述時(shí)窗起點(diǎn)處的中屯、頻率和所述時(shí)窗起點(diǎn)的中屯、頻率與終點(diǎn)的中屯、頻率 的比值。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明提供的頻率驅(qū)動空變Q值模型構(gòu)建的地震波補(bǔ)償方法，通過加伯變換 從疊后地震數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換得到每個(gè)樣點(diǎn)的頻率信息進(jìn)而逐點(diǎn)構(gòu)建空變Q值模型，計(jì)算量小，提取 Q值方法穩(wěn)定，Q值模型縱向和橫向上連續(xù)變化，符合實(shí)際地質(zhì)情況。在高精度的Q值模型基 礎(chǔ)上，通過地震波補(bǔ)償不僅盡可能地恢復(fù)了振幅信息和糾正了相位崎變，還提高了地震數(shù) 據(jù)的分辨率和信噪比。
[0024] 上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段， 而可依照說明書的內(nèi)容予W實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠 更明顯易懂，W下特舉本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
【附圖說明】
[0025] 圖1為本發(fā)明提供的頻率驅(qū)動空變Q值模型構(gòu)建的地震波補(bǔ)償方法的流程圖；
[0026] 圖2為實(shí)際=維地震數(shù)據(jù)體沿線方向抽取的地震剖面；
[0027] 圖3為S維中屯、頻率數(shù)據(jù)體沿線方向抽取的剖面；
[0028] 圖4為S維Q數(shù)據(jù)體沿線方向抽取的剖面；
[0029] 圖5為S維Q數(shù)據(jù)體在近地表的水平切片；
[0030] 圖6為地震數(shù)據(jù)進(jìn)行地震波衰減補(bǔ)償前的地震剖面；
[0031 ]圖7為地震數(shù)據(jù)進(jìn)行地震波衰減補(bǔ)償后的地震剖面；
[0032] 圖8為地震數(shù)據(jù)進(jìn)行地震波衰減補(bǔ)償前的頻譜對比；
[0033] 圖9為地震數(shù)據(jù)進(jìn)行地震波衰減補(bǔ)償后的頻譜對比。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 下面將參照附圖更詳細(xì)地描述本公開的示例性實(shí)施例。雖然附圖中顯示了本公開 的示例性實(shí)施例，然而應(yīng)當(dāng)理解，可W W各種形式實(shí)現(xiàn)本公開而不應(yīng)被運(yùn)里闡述的實(shí)施例 所限制。相反，提供運(yùn)些實(shí)施例是為了能夠更透徹地理解本公開，并且能夠?qū)⒈竟_的范圍 完整的傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。
[0035] 從地震數(shù)據(jù)信息中提取Q值是一個(gè)重要的思路。疊后地震數(shù)據(jù)經(jīng)過處理，無法保證 每個(gè)步驟都是真振幅處理，基于地震數(shù)據(jù)的振幅或能量的變化來估算地層衰減時(shí)精度受 限。相對而言，處理對頻率成份的損害很小，比如，動校正之后的子波拉伸切除旨在保護(hù)地 震記錄的真實(shí)頻率，時(shí)間域中的幾何擴(kuò)散補(bǔ)償及自動增益均衡會改變其振幅大小，但是并 不影響地震頻率成份。在疊后地震數(shù)據(jù)中，頻率成分比振幅變化更為可靠，因此，可W通過 頻率成分的變化進(jìn)行Q分析。
[0036] 下面為利用Q值實(shí)現(xiàn)地震波衰減補(bǔ)償?shù)幕驹恚?br>[0037] 根據(jù)波動方程理論，當(dāng)?shù)卣鸩▊鞑チ?A X的距離之后，其平面波分量U(x，CO )可W 表述為：
[003引 U(x+A X, O ) =U(x, W )exp[-ik( W ) A X] (I)
[0039] 式中i為虛部單位，CO為角頻率，k( CO)為平面波的波數(shù)。將波數(shù)變?yōu)閺?fù)數(shù)，則可W 表達(dá)地層的Q效應(yīng)：
[0040]
(2)
[0041 ] 其中，
為經(jīng)驗(yàn)公式，Qr和Vr分別為某一參考頻率下的Q值和相速度，O h是 與勘探地震頻帶中最高可能頻率相對應(yīng)的調(diào)諧參數(shù)。將復(fù)波數(shù)k( CO )代入(1)式并且將距離 A X增量替換為時(shí)間增量A T，即可得到地震波補(bǔ)償(反Q濾波)的表達(dá)式如下：
[0042]
(3)
[0043] 式中兩個(gè)指數(shù)項(xiàng)分別為振幅效應(yīng)（即能量吸收）的補(bǔ)償算子和相位效應(yīng)(即速度頻 散)的校正算子。（3)式是地震波補(bǔ)償(反Q濾波)算法的基本表達(dá)式。
[0044] 考慮地層Q模型為隨旅行時(shí)變化的一維函數(shù)Q(T),利用（3)式對波場自地表To = O 向下延拓到深度時(shí)間T，此時(shí)的波場可W表示為：
[0045]
( 4 )
[0046] 其中丫（T) = (IA)Q-I(T),dT/為T的積分參數(shù)。從(4)式可看出，振幅補(bǔ)償算子是頻 率和旅行時(shí)的指數(shù)函數(shù)，包括振幅補(bǔ)償?shù)牡卣鸩ㄑa(bǔ)償會引起數(shù)值不穩(wěn)定，會在地震數(shù)據(jù)中 產(chǎn)生噪音。因此，在任何地震波補(bǔ)償算法中數(shù)值穩(wěn)定性都是值得關(guān)注的主要問題。
[0047] 為了穩(wěn)定整個(gè)計(jì)算過程，我們將(4)式寫成：
[0048] ( 5 )
[0049]
[0050] C 6)
[0051] 然后將方程(5)作為一個(gè)反問題來進(jìn)行穩(wěn)定化求解，則生成了如下的穩(wěn)定化的表 達(dá)式：
[00 對 、1)
[0化3]
[0054] ( 8 )
[00對 O2為穩(wěn)定因子。
[0056] 將(7)式應(yīng)用于所有頻率，并且將運(yùn)些平面波疊加（即成像條件），我們得到一個(gè)時(shí) 間域的地震樣點(diǎn)：
[0057]
( 9 )
[005引運(yùn)是2006年王仰華提出的穩(wěn)定完備地震波補(bǔ)償?shù)谋磉_(dá)式，通過此表達(dá)式實(shí)現(xiàn)地震 波衰減補(bǔ)償。
[0059] 圖1為本發(fā)明提供的頻率驅(qū)動空變Q值模型構(gòu)建的地震波補(bǔ)償方法的流程圖，如圖 1所示，頻率驅(qū)動空變Q值模型構(gòu)建的地震波補(bǔ)償方法包括：
[0060] 步驟SlOl，通過加伯變換生成對應(yīng)于時(shí)間域地震數(shù)據(jù)每個(gè)樣點(diǎn)的時(shí)間頻率譜。
[0061] 原始單炮地震數(shù)據(jù)經(jīng)過精細(xì)預(yù)處理和偏移成像后生成疊后地震數(shù)據(jù)u(t)。疊后地 震數(shù)據(jù)體是經(jīng)過疊加、偏移等若干精細(xì)處理流程之后得到的，相對于疊前數(shù)據(jù)而言數(shù)據(jù)量 小，計(jì)算量小。加伯變換可W從單個(gè)的時(shí)間域的疊后地震數(shù)據(jù)u(t)來計(jì)算其時(shí)間頻率域 乙似)。
[0062] 加伯變換公式為：
[0063]
(1任)
[0064] 上式中w(t)是加伯分析窗，其中T為該窗的中屯、位置?？啥x加伯切片為：
[0065]
( 11 )
[0066] 疊后地震數(shù)據(jù)u(t)的加伯變換可看成是加伯切片對所有可能T位置關(guān)于時(shí)間t的 Fourier 變換：
[0067]
{ 12)
[0068] 加伯分析窗為高斯窗：
[0069]
( 13 )
[0070] 其中T為半窗寬度。
[0071] 步驟S102,計(jì)算每個(gè)樣點(diǎn)的中屯、頻率，生成所有樣點(diǎn)的中屯、頻率數(shù)據(jù)體或剖面。
[0072] 中屯、頻率《。指的是頻帶中央所在頻率。在實(shí)際計(jì)算中，我們用中值濾波法從相鄰 5X5(或3X3)道的樣值中選取中值，可實(shí)現(xiàn)中屯、頻率求取的穩(wěn)定化。圖3顯示了對應(yīng)圖2地 震剖面的中屯、頻率剖面。
[0073] 步驟S103,根據(jù)所述每個(gè)樣點(diǎn)的中屯、頻率估算每個(gè)樣點(diǎn)的衰減值礦1，品質(zhì)因子Q值 即衰減值礦1的倒數(shù)，由此構(gòu)建Q值模型。
[0074] 在參照時(shí)間點(diǎn)T0,假設(shè)子波可W用雷克子波表示：
[00 對
（14)
[0076] 其中《0是子波在初始時(shí)間位置T = TO時(shí)的峰值頻率，該子波的均值為零，
。雷克子波的頻譜為：
[0077]
(1巧
[0078] 將對應(yīng)于最大振幅值的頻率稱之為峰值頻率Op,我們可設(shè)定頻譜對頻率的導(dǎo)數(shù) 為零：
[0079] (16)
[0080] 在任意時(shí)間T位置振幅譜可W表示為：
[0081]
(1巧
[0082] 導(dǎo)數(shù)為零的公式(15)將會生成下列二次方程：
[0083] 燈群
[0084]
[0085] 似） \ /
[0086] 子波在初始時(shí)間位置T = TO時(shí)，峰值頻率Op(TO)= ?0。
[0087] 對于雷克子波而言，根據(jù)峰值頻率與中屯、頻率的理論關(guān)系OP = O.9442?。，得到峰 值頻率《 P之后，可估算地層衰減值礦1。對上述子波由（17)式推導(dǎo)出：
[008引
（20)
[0089] 式中〇0= Op(To),子波在初始時(shí)間點(diǎn)To處的峰值頻率。
[0090] 從上式可W看出，層Q值在[TO，T]時(shí)段取決于兩個(gè)基本元素，一個(gè)是O 0，即時(shí)窗起 點(diǎn)處的頻率，二是《〇/?p，即時(shí)窗兩端點(diǎn)處峰值頻率之比值。圖4從剖面方向顯示了Q值的空 間變化，圖5顯示了 Q值在近地表的橫向變化。
[0091] 步驟S104,利用加伯變換對頻率域?qū)崿F(xiàn)地震波衰減補(bǔ)償。
[0092] 從(7)式開始進(jìn)行推導(dǎo)，假設(shè)地震波傳播的介質(zhì)滿足礦1 = 0,在深度時(shí)間T記錄到的 波場可W由（7)得到：
[0093] (21)
[0094]
[0095] (22)
[0096] 上式是基于加伯變換的地震波補(bǔ)償（反Q濾波）算法的核屯、公式。U(T, CO )和 巧r，?)都是在深度時(shí)間T記錄到的波場，區(qū)別在于f7(r，w)是沒有進(jìn)行過地震波，而 如（10)式是通過加伯變換由疊后地震數(shù)據(jù)u(t)轉(zhuǎn)換得到。
[0097] 步驟S105,利用加伯反變換將補(bǔ)償后的頻率域數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換重構(gòu)到時(shí)間域。
[0098] 在加伯變換方法中，當(dāng)對波場進(jìn)行地震波補(bǔ)償之后，我們可用反加伯變換來重構(gòu) 時(shí)間域的地震道，即經(jīng)過地震波補(bǔ)償?shù)牡卣鸬馈?br>[0099] 從加伯變換域U(T，O )中重構(gòu)疊后地震數(shù)據(jù)u(t)的反加伯變換定義為：
[0100]
(23)
[0101] 其中Mt)是加伯合成窗，合成窗是為了減少當(dāng)在地震道上滑動分析時(shí)窗時(shí)，由加 伯分析窗的數(shù)字化和邊緣效應(yīng)導(dǎo)致的指數(shù)部分的數(shù)字誤差。經(jīng)推導(dǎo)：
[0102]
( 24 )
[0103] 圖6為地震數(shù)據(jù)進(jìn)行地震波衰減補(bǔ)償前的地震剖面，圖7為地震數(shù)據(jù)進(jìn)行地震波衰 減補(bǔ)償后的地震剖面。圖6和圖7的對比說明了利用本發(fā)明提取的Q值的地震波補(bǔ)償效果，經(jīng) 過補(bǔ)償后，地震數(shù)據(jù)的信噪比和分辨率都有一定程度的提高，斷裂構(gòu)造的成像也更清晰。
[0104] 圖8為地震數(shù)據(jù)進(jìn)行地震波衰減補(bǔ)償前的頻譜對比，圖9為地震數(shù)據(jù)進(jìn)行地震波衰 減補(bǔ)償后的頻譜對比。圖8和圖9的對比說明了經(jīng)過本發(fā)明提取的Q值的地震波補(bǔ)償效果，經(jīng) 過補(bǔ)償后，地震數(shù)據(jù)的主頻提高了約10化，頻帶也拓寬了大概10化。
[0105] 根據(jù)本發(fā)明提供的頻率驅(qū)動空變Q值模型構(gòu)建的地震波補(bǔ)償方法，通過加伯變換 從疊后地震數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換得到每個(gè)樣點(diǎn)的頻率信息進(jìn)而逐點(diǎn)構(gòu)建空變Q值模型，計(jì)算量小，提取 Q值方法穩(wěn)定，Q值模型縱向和橫向上連續(xù)變化，符合實(shí)際地質(zhì)情況。在高精度的Q值模型基 礎(chǔ)上，通過地震波補(bǔ)償不僅盡可能地恢復(fù)了振幅信息和糾正了相位崎變，還提高了地震數(shù) 據(jù)的分辨率和信噪比。
[0106] 上述說明示出并描述了本申請的若干優(yōu)選實(shí)施例，但如前所述，應(yīng)當(dāng)理解本申請 并非局限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對其他實(shí)施例的排除，而可用于各種其他組合、 修改和環(huán)境，并能夠在本文所述發(fā)明構(gòu)想范圍內(nèi)，通過上述教導(dǎo)或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識 進(jìn)行改動。而本領(lǐng)域人員所進(jìn)行的改動和變化不脫離本申請的精神和范圍，則都應(yīng)在本申 請所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種頻率驅(qū)動空變Q值模型構(gòu)建的地震波補(bǔ)償方法，其特征在于，包括如下步驟： (1) 通過加伯變換生成對應(yīng)于時(shí)間域地震數(shù)據(jù)每個(gè)樣點(diǎn)的時(shí)間頻率譜； (2) 計(jì)算每個(gè)樣點(diǎn)的中心頻率，生成所有樣點(diǎn)的中心頻率數(shù)據(jù)體或剖面； (3) 根據(jù)所述每個(gè)樣點(diǎn)的中心頻率估算每個(gè)樣點(diǎn)的衰減值0-1，品質(zhì)因子Q值即衰減值0-1 的倒數(shù)，由此構(gòu)建Q值模型； (4) 在頻率域?qū)崿F(xiàn)地震波衰減補(bǔ)償； (5) 利用加伯反變換將補(bǔ)償后的頻率域數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換重構(gòu)到時(shí)間域。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(1)中加伯變換可逆，通過時(shí)間頻 率譜反變換能恢復(fù)原始時(shí)間域地震數(shù)據(jù)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟（1)中使用空間上相鄰的地震道 組合，用于計(jì)算各個(gè)地震道的時(shí)間頻率譜。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)中對地震數(shù)據(jù)中相鄰空間位 置的時(shí)間頻率譜進(jìn)行組合，生成所有樣點(diǎn)的中心頻率數(shù)據(jù)體或剖面。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(3)還包括：由中心頻率估算衰減 值Q+1時(shí)，結(jié)合相鄰地震道，使用中值濾波方法獲取所述時(shí)窗起點(diǎn)處的中心頻率和所述時(shí)窗 起點(diǎn)的中心頻率與終點(diǎn)的中心頻率的比值。
【文檔編號】G01V1/36GK106019376SQ201610299493
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月9日
【發(fā)明人】李宗杰, 王仰華, 王建斌, 楊子川, 馬學(xué)軍, 李賦斌, 費(fèi)建博, 胡鵬飛, 閆艷琴, 周剛, 張慶, 陳松, 楊威
【申請人】中國石油化工股份有限公司